BRPI0819185B1 - apparatus and method of heating the welding zone of the steel pipe material. - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para APARELHO E MÉTODO DE AQUECIMENTO DA ZONA DE SOLDA DO MATERIAL DE TUBO DE AÇO.Descriptive Report of the Invention Patent for APPLIANCE AND METHOD OF HEATING THE WELDING ZONE OF STEEL TUBE MATERIAL.
DESCRIÇÃODESCRIPTION
CAMPO DA TÉCNICATECHNICAL FIELD
A presente invenção refere-se a uma tecnologia para aquecer de forma contínua uma zona de solda por indução eletromagnética ou fornecimento direto de energia elétrica, onde o material a ser aquecido é um material de tubo de aço em movimento. Ele refere-se particularmente a um aparelho e um método de aquecimento adequados para o aquecimento que realizam os valores desejados da distribuição de temperatura da zona de solda, a forma da zona de solda fundida e flutuação de frequência de solda durante a soldagem, independentemente da forma ou propriedades do material aquecido.The present invention relates to a technology for continuously heating an electromagnetic induction welding zone or direct supply of electrical energy, where the material to be heated is a moving steel pipe material. It refers in particular to an apparatus and a heating method suitable for heating that achieve the desired values of the temperature distribution of the weld zone, the shape of the welded weld zone and fluctuation of weld frequency during welding, regardless of shape or properties of the heated material.
ANTECEDENTES DA TÉCNICABACKGROUND OF THE TECHNIQUE
No aquecimento por resistência elétrica, o material sendo aquecido é aquecido através do calor de Joule produzido pela corrente elétrica gerada no material de metal, que é o material que está sendo aquecido, e da resistividade do material que está sendo aquecido. Como tal, o aquecimento por resistência elétrica é visto como um método de aquecimento limpo e utilizado particularmente na indústria siderúrgica, mas também amplamente em todo o setor industrial. Aquecimento por resistência elétrica inclui um método no qual um fluxo magnético alternado gerado a partir de uma bobina eletromagnética passando a corrente excitada alternada através da bobina eletromagnética é aplicado ao material a ser aquecido para produzir corrente induzida no material a ser aquecido (aqui chamado de método de aquecimento de indução) e outro método no qual os contatos (dois eletrodos) são trazidos em contato com o material a ser aquecido para aplicar diretamente a corrente elétrica (aqui chamado de método de aquecimento elétrico direto).In electrical resistance heating, the material being heated is heated through the Joule heat produced by the electric current generated in the metal material, which is the material being heated, and the resistivity of the material being heated. As such, electric resistance heating is seen as a clean heating method and used particularly in the steel industry, but also widely throughout the industrial sector. Electrical resistance heating includes a method in which an alternating magnetic flux generated from an electromagnetic coil passing the alternating excited current through the electromagnetic coil is applied to the material to be heated to produce induced current in the material to be heated (here called the method induction heating) and another method in which the contacts (two electrodes) are brought into contact with the material to be heated to directly apply the electric current (here called the direct electric heating method).
Conforme indicado pela equação (1), a frequência gerada do fluxo magnético alternado a partir da bobina eletromagnética no método de aquecimento de indução ou da corrente elétrica aplicada diretamente no mé2 todo de aquecimento elétrico direto determina a profundidade da superfície do material a ser aquecido para o qual a corrente passa através do material a ser aquecido (profundidade de penetração: δ). Portanto, a fim de aquecer o material a ser aquecido para a distribuição de temperatura desejada, é necessário ajustar a frequência da corrente em um valor adequado em função do diâmetro, espessura e outros aspectos da forma do material que está sendo aquecido e seus valores de propriedade eletromagnética. Da observação particular, é que o material de tubo de aço de material ferromagnético comum possui uma permeabilidade relativa μγ consideravelmente maior do que 1 (por exemplo, 1 a 10) para que a profundidade de penetração δ dependa fortemente da mudança de frequência.As indicated by equation (1), the frequency generated from the alternating magnetic flux from the electromagnetic coil in the induction heating method or from the electric current applied directly to the direct electric heating method determines the depth of the material surface to be heated for which the current passes through the material to be heated (depth of penetration: δ). Therefore, in order to heat the material to be heated to the desired temperature distribution, it is necessary to adjust the frequency of the current to an appropriate value depending on the diameter, thickness and other aspects of the shape of the material being heated and its values of electromagnetic property. From particular observation, it is that the steel tube material of common ferromagnetic material has a relative permeability μγ considerably greater than 1 (for example, 1 to 10) so that the penetration depth δ strongly depends on the frequency change.
Jcc{p/(///. z)}1'2 <1>Jcc {p / (///. Z)} 1 ' 2 <1>
onde p: resistividade do material aquecido, μγ: permeabilidade relativa do material aquecido, e f: frequência do fluxo magnético alternado ou da corrente elétrica aplicada diretamente.where p: resistivity of the heated material, μγ: relative permeability of the heated material, and f: frequency of the alternating magnetic flux or the electric current applied directly.
Neste contexto, quando a bobina eletromagnética para aquecimento por indução for excitada com um fornecimento de energia de aquecimento, a prática usual é configurar um circuito ressonante de um capacitor (capacitância: C), conectado como disposto em paralelo ou em série com a bobina eletromagnética e aplicar corrente a uma frequência próxima da frequência de ressonância (f), expresso pela Equação <2> (vide, por exemplo, Patente de Publicação Japonesa (A) 2004-127854, e Patente de Publicação Japonesa (A) H03-1478).In this context, when the electromagnetic coil for induction heating is excited with a heating energy supply, the usual practice is to configure a resonant circuit of a capacitor (capacitance: C), connected as arranged in parallel or in series with the electromagnetic coil and apply current at a frequency close to the resonance frequency (f), expressed by Equation <2> (see, for example, Japanese Publication Patent (A) 2004-127854, and Japanese Publication Patent (A) H03-1478) .
f = 1 / {2 π (L · C)}1/2) <2>, em que L significa o valor da propriedade eletromagnética do material aquecido, o que no caso do método de aquecimento por indução é a indutância do sistema de bobina determinado por aspectos da configuração da bobina, tais como o número de voltas e as dimensões da bobina da bobina eletromagnética e o arranjo de posicionamento da bobina eletromagnética e material a ser aquecido.f = 1 / {2 π (L · C)} 1/2 ) <2>, where L stands for the value of the electromagnetic property of the heated material, which in the case of the induction heating method is the inductance of the heating system coil determined by aspects of the coil configuration, such as the number of turns and the dimensions of the electromagnetic coil coil and the positioning arrangement of the electromagnetic coil and material to be heated.
Além disso, a fim de excitar o circuito ressonante com boa eficiência energética, um casador de impedância para a melhoria do fator de e nergia é, por vezes, instalado entre o circuito ressonante e o fornecimento de energia de aquecimento (vide, por exemplo, Publicação da Patente Japonesa (A) 2004-127854, Publicação da Patente Japonesa (A) H03-1478, e a Publicação da Patente Japonesa (A) H06-124775).In addition, in order to excite the resonant circuit with good energy efficiency, an impedance matching for the improvement of the energy factor is sometimes installed between the resonant circuit and the heating energy supply (see, for example, Japanese Patent Publication (A) 2004-127854, Japanese Patent Publication (A) H03-1478, and Japanese Patent Publication (A) H06-124775).
A Publicação da Patente Japonesa (A) H03-1478 e da Publicação da Patente Japonesa (A) H06-124775 ensinam técnicas para desempenhar aquecimento através de um método de determinação de antecedência e fixar uma frequência adequada para a espessura, largura, tipo de aço e outras propriedades e aspectos da forma do material a ser aquecido. A Publicação da Patente Japonesa (A) H03-1478 ensina um dispositivo de aquecimento por indução de alta frequência para o recozimento local de tubo de aço e similares, que é um fornecimento de energia do tipo inversor que permite que a frequência da corrente de excitação seja predefinida para a forma da bobina eletromagnética e similar e não seja danificada durante a sobrecarga. A Publicação da Patente Japonesa (A) H06-124775 ensina um dispositivo de aquecimento por indução de alta frequência para preaquecer ou pós-aquecer para soldagem topo a topo de material de tubo de aço e similares, em que múltiplas bobinas eletromagnéticas são fornecidas na zona de solda e as múltiplas bobinas eletromagnéticas são comutadas para passar de forma eficiente a corrente de alta frequência.Japanese Patent Publication (A) H03-1478 and Japanese Patent Publication (A) H06-124775 teach techniques for performing heating through a method of determining in advance and setting an appropriate frequency for the thickness, width, type of steel and other properties and aspects of the shape of the material to be heated. Japanese Patent Publication (A) H03-1478 teaches a high frequency induction heating device for the local annealing of steel pipe and the like, which is an inverter-type power supply that allows the excitation current frequency is preset for the shape of the electromagnetic coil and the like and is not damaged during overload. Japanese Patent Publication (A) H06-124775 teaches a high frequency induction heating device to preheat or post-heat for butt welding of steel pipe material and the like, where multiple electromagnetic coils are provided in the zone soldering and the multiple electromagnetic coils are switched to efficiently pass the high frequency current.
Em uma linha de produção para tubo de aço ou similar, a fim de alcançar qualidade uniforme no que diz respeito à resistência e outras propriedades de material da zona de solda e seus arredores, o aquecimento e soldagem contínua da zona de solda do material aquecido, enquanto o material de tubo de aço ou outro material aquecido que está sendo veiculado por meio de um dispositivo de aquecimento por indução utilizando uma bobina eletromagnética ou um dispositivo de aquecimento elétrico direto com contatos devem ser conduzidos de forma a difundir as formas / valores desejados para a distribuição de temperatura na direção da espessura da zona de solda, a forma da zona de solda fundida, e a flutuação de frequência de solda durante a soldagem.In a production line for steel pipe or similar, in order to achieve uniform quality with respect to the strength and other material properties of the weld zone and its surroundings, the heating and continuous welding of the weld zone of the heated material, while steel pipe material or other heated material being conveyed by means of an induction heating device using an electromagnetic coil or a direct electric heating device with contacts must be conducted in order to diffuse the desired shapes / values for the temperature distribution in the direction of the thickness of the weld zone, the shape of the welded weld zone, and the fluctuation of weld frequency during welding.
No entanto, durante o aquecimento por indutância do material que está sendo aquecido, as mudanças L de indutância amplamente com a variação na forma e propriedades do material que está sendo aquecido. Além disso, as diferenças na forma do material aquecido mudam a forma como os fluxos de corrente de aquecimento, que mudam amplamente não somente a taxa de geração de calor e a distribuição do calor na zona de solda, mas também a distribuição de temperatura resultante da direção de espessura da zona de solda, forma da zona de solda fundida, e flutuação de frequência de solda durante a soldagem.However, during inductance heating of the material being heated, the L inductance changes widely with variation in the shape and properties of the material being heated. In addition, differences in the shape of the heated material change the way the heating current flows, which widely change not only the rate of heat generation and the distribution of heat in the weld zone, but also the temperature distribution resulting from the thickness direction of the weld zone, shape of the welded weld zone, and fluctuation of weld frequency during welding.
SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION
Neste contexto, no que diz respeito aos fornecimentos de energia estabelecidos na referida Publicação da Patente (A) 2004-127854 e Publicação da Patente (A) H03-1478, uma vez que a temperatura do material que está sendo aquecido é regulada pelo controle da tensão de excitação da bobina de aquecimento ou a tensão dos contatos e, como acima apontado, a indução do sistema de bobina eletromagnética que no material aquecido e a bobina eletromagnética varia, o casamento de impedância é implementado através da instalação de um transformador de alta frequência entre o fornecimento de energia de aquecimento e bobina eletromagnética. No entanto, a regulamentação é difícil durante a aplicação atual, enquanto que o fato de a regulamentação dever ser realizada para cada espessura, a largura e o tipo de aço do material a ser aquecido também tem sido um problema. Além disso, a instalação do transformador de alta frequência degrada a eficiência de aquecimento. E quando a configuração do circuito ressonante citada for aprovada, é necessário, conforme indicado pela equação <2>, fazer o capacitor correspondente (C) variável em relação às diferentes frequências f. No entanto, o capacitor de correspondência é muito difícil de ajustar durante o aquecimento, o que coloca um problema de ser difícil durante o aquecimento por indução de excitação do material aquecido para alterar a frequência de excitação em resposta às mudanças no diâmetro, espessura e outros aspectos das formas do material aquecido e em suas propriedades físicas.In this context, with regard to the energy supplies established in the aforementioned Patent Publication (A) 2004-127854 and Patent Publication (A) H03-1478, since the temperature of the material being heated is regulated by the control of excitation voltage of the heating coil or the contact voltage and, as mentioned above, the induction of the electromagnetic coil system which in the heated material and the electromagnetic coil varies, the impedance matching is implemented by installing a high frequency transformer between heating energy supply and electromagnetic coil. However, regulation is difficult during the current application, while the fact that regulation must be carried out for each thickness, width and steel type of the material to be heated has also been a problem. In addition, the installation of the high frequency transformer degrades the heating efficiency. And when the configuration of the resonant circuit mentioned is approved, it is necessary, as indicated by equation <2>, to make the corresponding capacitor (C) variable in relation to the different frequencies f. However, the matching capacitor is very difficult to adjust during heating, which poses a problem of being difficult during heating by excitation induction of the heated material to change the excitation frequency in response to changes in diameter, thickness and others aspects of the shapes of the heated material and their physical properties.
Por outro lado, em relação ao método de variação da frequência da corrente aplicada à bobina eletromagnética, a Publicação da Patente (A)On the other hand, in relation to the method of varying the frequency of the current applied to the electromagnetic coil, Patent Publication (A)
2004-127854 ensina uma tecnologia de dispositivo de aquecimento por indução em que a bobina de aquecimento é dividida em múltiplas bobinas de elemento e a frequência é variada selecionando a frequência da corrente aplicada separadamente para cada elemento da bobina. No entanto, a necessidade de uma unidade de fornecimento de energia para cada bobina de elemento tem sido um problema, porque aumenta o custo de instalação do dispositivo de aquecimento.2004-127854 teaches an induction heating device technology in which the heating coil is divided into multiple element coils and the frequency is varied by selecting the frequency of the current applied separately for each element of the coil. However, the need for a power supply unit for each element coil has been a problem, as it increases the cost of installing the heating device.
Em vista dos problemas acima referidos da técnica anterior, a presente invenção tem um primeiro objetivo, durante o aquecimento contínuo e soldagem de materiais do tubo de aço como o material a ser aquecido, estabelecendo a distribuição de temperatura da zona de solda com maior precisão e maior eficiência até então, assim, percebendo a excelente qualidade da solda, independentemente da forma do material a ser aquecido ou das propriedades do material a ser aquecido, e um objeto segundo e um terceiro objeto do controle da forma da zona de solda fundida e a flutuação de frequência durante a soldagem, respectivamente.In view of the aforementioned problems of the prior art, the present invention has a first objective, during the continuous heating and welding of steel tube materials as the material to be heated, establishing the temperature distribution of the welding zone with greater precision and greater efficiency so far, thus realizing the excellent quality of the weld, regardless of the shape of the material to be heated or the properties of the material to be heated, and a second object and a third object to control the shape of the melted weld zone and the frequency fluctuation during welding, respectively.
(1) O aparelho de aquecimento da zona de solda do material de tubo de aço da presente invenção é um aparelho de aquecimento da zona de solda do material de tubo de aço que, ao fazer um material de tubo de aço tubular enquanto dobra uma chapa de aço em movimento para forma cilíndrica, utiliza uma frequência variável alternando o fornecimento de energia atual, cuja frequência é variável dentro de uma faixa de frequência predeterminada, para gerar calor de Joule passando das faces finais próximas da corrente alternada do material de tubo de aço para derreter continuamente e soldar com pressão uma zona de solda do material de tubo de aço, que é caracterizado pelo fato de compreende: primeiro meio de imagem instalado em frente a uma zona de solda de face final do material de tubo de aço que autodetecta a luz emitida da zona de solda e gera uma imagem de brilho; uma computação da distribuição de temperatura da zona de solda significa que desempenha o processamento de imagem com base na imagem de brilho e aplica a medição de temperatura de luz emitida para computar a distribuição da temperatura de direção da espessura da chapa da zona de sol da, meio de controle de aquecimento que, através da utilização de um critério predefinido a partir das dimensões e propriedades eletromagnéticas do material de tubo de aço para avaliar a relação entre a frequência da corrente alternada e distribuição de temperatura de direção da espessura da chapa, determina a frequência da corrente alternada, com base na distribuição da temperatura de direção da espessura da chapa; e fornecimento de energia da corrente alternada de frequência variável para passar através da corrente alternada do material de tubo de aço da frequência determinada pelo meio de controle de aquecimento.(1) The steel zone material weld zone heating apparatus of the present invention is a steel tube material weld zone heating apparatus which, when making a tubular steel tube material while bending a sheet steel in motion to cylindrical shape, uses a variable frequency alternating the current energy supply, whose frequency is variable within a predetermined frequency range, to generate Joule heat passing from the end faces close to the alternating current of the steel tube material to continuously melt and pressure weld a weld zone of the steel tube material, which is characterized by the fact that it comprises: first image medium installed in front of a weld zone of the final face of the steel tube material that self-detects the light emitted from the weld zone and generates a bright image; a computation of the temperature distribution of the weld zone means that it performs image processing based on the brightness image and applies the temperature measurement of the light emitted to compute the direction temperature distribution of the sheet thickness of the sun zone, heating control means that, through the use of a predefined criterion based on the dimensions and electromagnetic properties of the steel tube material to assess the relationship between the frequency of the alternating current and the temperature distribution in the direction of the plate thickness, determines the alternating current frequency, based on the distribution of the direction temperature of the plate thickness; and supplying power from the variable frequency alternating current to pass through the alternating current of the steel pipe material at the frequency determined by the heating control means.
(2) Também é caracterizado pelo fato de que o aparelho de aquecimento da zona de solda do material de tubo de aço citado acima compreende adicionalmente: segundo meio de imagem que mostra a zona de solda do material de tubo de aço proveniente do acima e gera uma imagem plana do material de aço fundido, imediatamente após soldagem por pressão do material de tubo de aço; e a medição da forma fundida da zona de solda significa que verifica a forma fundida com base na imagem plana e gera um valor de largura da zona fundida, em que o meio de controle de aquecimento, através da utilização de um critério predefinido para avaliar a largura da zona fundida e o critério para avaliar a relação entre a frequência de corrente alternada e a distribuição de temperatura na direção da espessura da chapa, determina a frequência da corrente alternada com base no valor da largura de zona fundida e a distribuição de temperatura na direção da espessura da placa.(2) It is also characterized by the fact that the heating apparatus for the welding zone of the steel pipe material mentioned above comprises additionally: second image medium which shows the welding zone of the steel pipe material from the above and generates a flat image of the molten steel material, immediately after pressure welding the steel pipe material; and the measurement of the molten shape of the weld zone means that it checks the molten shape based on the flat image and generates a width value of the molten zone, in which the heating control means, through the use of a predefined criterion to evaluate the width of the molten zone and the criterion for evaluating the relationship between the frequency of alternating current and the temperature distribution in the direction of the thickness of the plate, determines the frequency of the alternating current based on the value of the width of the molten zone and the temperature distribution in the direction of the plate thickness.
(3) É também caracterizado pelo fato de que o aparelho de aquecimento da zona de solda do material de tubo de aço citado acima compreende adicionalmente: medição em forma de onda da corrente fundida significa que medir a forma de onda atual da corrente alternada; e medição da flutuação de frequência de soldagem significa que, com base em uma saída em forma de onda atual através do meio de medição em forma de onda da corrente fundida, verifica e gera um valor de flutuação em função do tempo de frequência da soldagem que é a amplitude de flutuação em função do tempo da frequência em forma de onda atual, em que o meio de controle de aquecimento compara adicionalmente o valor de flutuação em função do tempo da frequência de soldagem com um valor admissível predeterminado e determina a frequência da corrente alternada.(3) It is also characterized by the fact that the heating apparatus for the welding zone of the steel pipe material mentioned above further comprises: measurement in the molten current waveform means that measuring the current alternating current waveform; and measurement of the welding frequency fluctuation means that, based on a current waveform output through the waveform measuring medium of the molten current, it checks and generates a fluctuation value as a function of the welding frequency time that is the fluctuation range as a function of the frequency frequency in the current waveform, in which the heating control means additionally compares the fluctuation value as a function of the welding frequency time with a predetermined allowable value and determines the frequency of the current alternating.
(4) É também caracterizado pelo fato de que o aparelho de aquecimento da zona de solda do material de tubo de aço citado acima compreende adicionalmente: uma bobina de aquecimento eletromagnético que está instalada na direção circunferencial externa do material de tubo de aço para ser substancialmente coaxial com o material de tubo de aço e é fornecido com corrente de excitação a partir da fonte de alimentação de corrente alternada de frequência variável para desempenhar o aquecimento induzindo a corrente alternada no material de tubo de aço.(4) It is also characterized by the fact that the heating apparatus for the welding zone of the steel pipe material mentioned above further comprises: an electromagnetic heating coil that is installed in the outer circumferential direction of the steel pipe material to be substantially coaxial with the steel tube material and is supplied with excitation current from the variable frequency alternating current power supply to perform heating by inducing alternating current in the steel tube material.
(5) Além disso, os meios de controle de aquecimento podem ser configurados para determinar a frequência e o valor atual da corrente de excitação da bobina de aquecimento eletromagnético e controlar a fonte de alimentação de corrente alternada de frequência variável.(5) In addition, the heating control means can be configured to determine the frequency and current value of the excitation current of the electromagnetic heating coil and to control the variable frequency AC power supply.
(6) Além disso, o aparelho de aquecimento da zona de solda do material de tubo de aço citado pode ser equipado com um par de contatos de aquecimento elétrico direto instalado nas extremidades opostas da chapa de aço através da zona de solda proveniente de cada uma como eletrodos que aplicam a corrente alternada a partir da fonte de alimentação de corrente alternada.(6) In addition, the heating apparatus for the welding zone of the aforementioned steel pipe material can be equipped with a pair of direct electric heating contacts installed at the opposite ends of the steel sheet through the welding zone coming from each one. as electrodes that apply alternating current from the alternating current power supply.
(7) Além disso, os meios de controle de aquecimento podem ser configurados para determinar a frequência e o valor atual da corrente alternada fornecido aos contatos de aquecimento elétrico direto e controlam a fonte de alimentação de corrente alternada de frequência variável.(7) In addition, the heating control means can be configured to determine the frequency and the current value of the alternating current supplied to the direct electric heating contacts and control the variable frequency alternating current power supply.
(8) Além disso, a fonte de alimentação de corrente alternada de frequência variável pode ser uma fonte de alimentação de corrente alternada do tipo de recuperação de energia magnética e sua frequência pode ser feita de forma contínua ou discreta variável.(8) In addition, the variable frequency AC power supply may be an AC power source of the magnetic energy recovery type and its frequency may be made in a continuous or discrete manner.
(9) O método de aquecimento da zona de solda do material de tubo de aço da presente invenção é um método de aquecimento da zona de solda do material de tubo de aço que, ao fazer um material de tubo de aço tubular enquanto dobrando uma chapa de aço em movimento para forma cilíndrica, utiliza uma fonte de alimentação de corrente alternada de frequência variável, cuja frequência é variável dentro de uma faixa de frequência predeterminada, para gerar calor de Joule passando a corrente alternada próximo das faces finais do material de tubo de aço para fundir continuamente e soldar por pressão uma zona de solda do material de tubo de aço, que é caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira etapa de imagem na qual o primeiro meio de imagem instalado oposto a uma zona de solda de face final do material de tubo de aço é utilizada para autodetectar a luz emitida da zona de solda e gera uma imagem de brilho; uma etapa de computação da distribuição de temperatura da zona de solda na qual o processamento de imagem é desempenhado com base na medição de temperatura da imagem de brilho e da luz emitida é aplicado para computar a distribuição de temperatura na direção da espessura da chapa da zona de solda; uma etapa de controle de aquecimento na qual um critério predefinido a partir das dimensões e propriedades eletromagnéticas do material de tubo de aço para avaliar a relação entre a frequência da corrente alternada e a distribuição de temperatura na direção de espessura da chapa é utilizada para determinar a frequência da corrente alternada com base na distribuição da temperatura na direção de espessura da chapa; e uma etapa na qual fonte de alimentação de corrente alternada de frequência variável é utilizado para passar através da corrente alternada do material de tubo de aço da frequência determinada na etapa de controle de aquecimento.(9) The method of heating the weld zone of the steel tube material of the present invention is a method of heating the weld zone of the steel tube material which, when making a tubular steel tube material while bending a plate steel in motion to cylindrical shape, uses a variable frequency AC power source, whose frequency is variable within a predetermined frequency range, to generate Joule heat by passing the alternating current close to the end faces of the pipe material steel to continuously melt and pressure weld a weld zone of the steel tube material, which is characterized by the fact that it comprises: a first imaging step in which the first installed imaging medium opposite an end face weld zone the steel tube material is used to autodetect the light emitted from the weld zone and generates a brightness image; a computation step of the temperature distribution of the weld zone in which image processing is performed based on the temperature measurement of the brightness image and the emitted light is applied to compute the temperature distribution in the direction of the zone sheet thickness soldering; a heating control step in which a predefined criterion from the dimensions and electromagnetic properties of the steel tube material to assess the relationship between the frequency of the alternating current and the temperature distribution in the thickness direction of the plate is used to determine the alternating current frequency based on the temperature distribution in the thickness direction of the plate; and a step in which a variable frequency AC power supply is used to pass through the alternating current of the steel tube material of the frequency determined in the heating control step.
(10) É também caracterizado pelo fato de que o método de aquecimento da zona de solda do material de tubo de aço compreende adicionalmente: uma segunda etapa de imagem utilizando o segundo meio de imagem para mostrar a zona de solda do material de tubo de aço proveniente do acima e gera uma imagem plana do material de aço fundido imediatamente após soldar por pressão o material de tubo de aço; e uma etapa de medição da forma de fusão a zona de solda para verificar a forma de fusão com base na imagem plana e gerar um valor de largura da zona de solda, em que a etapa de controle de aquecimento, através do uso de um critério predefinido para avaliar a largura da zona fundida e o critério para avaliar a relação entre a frequência de corrente alternada e a distribuição de temperatura na direção de espessura da chapa, determina a frequência da corrente alternada, com base no valor de largura da zona fundida e na distribuição de temperatura na direção de espessura da chapa.(10) It is also characterized by the fact that the method of heating the weld zone of the steel tube material further comprises: a second imaging step using the second image medium to show the weld zone of the steel tube material from the above and generates a flat image of the molten steel material immediately after pressure welding the steel tube material; and a measurement step of the weld zone to check the weld form based on the flat image and generate a width value of the weld zone, in which the heating control step, using a criterion predefined to evaluate the width of the molten zone and the criterion to evaluate the relationship between the frequency of alternating current and the temperature distribution in the thickness direction of the plate, determines the frequency of the alternating current, based on the width value of the molten zone and in the temperature distribution in the thickness direction of the plate.
(11) É também caracterizado pelo fato de que o método de aquecimento da zona de solda do material de tubo de aço acima citado compreende adicionalmente: uma etapa de medição de corrente de soldagem em forma de onda da corrente fundida de medir a forma de onda atual da corrente alternada; e uma etapa de medição de flutuação de frequência de soldagem, com base em uma saída em forma de onda atual na etapa de medição da forma de onda da corrente de soldagem, verificando e gerando um valor de flutuação em função do tempo de frequência de soldagem que é a amplitude de variação em função do tempo da frequência em forma de atual, em que a etapa de controle de aquecimento compara adicionalmente o valor de flutuação em função do tempo da frequência de soldagem com um valor predeterminado admissível e determina a frequência da corrente alternada.(11) It is also characterized by the fact that the method of heating the weld zone of the aforementioned steel pipe material further comprises: a step of measuring the welding current in the form of the molten current of measuring the waveform alternating current current; and a welding frequency fluctuation measurement step, based on a current waveform output in the welding current waveform measurement step, checking and generating a fluctuation value as a function of the welding frequency time which is the amplitude of variation as a function of the frequency frequency in the form of a current, in which the heating control step additionally compares the fluctuation value as a function of the welding frequency time with an allowable predetermined value and determines the frequency of the current alternating.
(12) É também caracterizado pelo fato de que, no método de aquecimento da zona de solda referido do material de tubo de aço acima citado, a corrente de excitação proveniente da fonte de alimentação de corrente alternada de frequência variável é fornecida para uma bobina de aquecimento eletromagnético instalado na direção circunferencial externa do material de tubo de aço para ser substancialmente coaxial com o material de tubo de aço, assim, desempenhando aquecimento induzindo a corrente alternada no material de tubo de aço, ou o aquecimento é desempenhado passando a corrente alternada através do material de tubo de aço utilizando contatos de aquecimento elétrico direto instalado em extremidades opostas da chapa de aço através da zona de solda entre si para aplicar a corrente alternada proveniente da fonte de alimentação de corrente alternada.(12) It is also characterized by the fact that, in the method of heating the welding zone referred to in the aforementioned steel pipe material, the excitation current from the variable frequency AC power source is supplied to a coil of electromagnetic heating installed in the outer circumferential direction of the steel pipe material to be substantially coaxial with the steel pipe material, thus, performing heating by inducing alternating current in the steel pipe material, or heating is performed by passing alternating current through of the steel tube material using direct electric heating contacts installed at opposite ends of the steel sheet through the weld zone with each other to apply alternating current from the alternating current power supply.
(13) Além disso, é possível na etapa de controle de aquecimento determinar a frequência e o valor atual da corrente de excitação da bobina de aquecimento eletromagnético e controlar a fonte de alimentação de corrente alternada de frequência variável ou determinar a frequência e o valor atual da corrente alternada fornecida aos contatos de aquecimento elétrico direto e controlar a fonte de alimentação de corrente alternada de frequência variável.(13) In addition, in the heating control step, it is possible to determine the frequency and current value of the excitation current of the electromagnetic heating coil and to control the variable frequency AC power supply or to determine the frequency and the current value of the alternating current supplied to the direct electric heating contacts and control the variable frequency alternating current power supply.
(14) Além disso, é possível no método de aquecimento da zona de solda do material de tubo de aço acima citado para a fonte de alimentação de corrente alternada de frequência variável utilizado para ser uma fonte de alimentação de corrente alternada do tipo de recuperação de energia magnética e para sua frequência ser feita continuamente ou discretamente variável.(14) In addition, it is possible in the method of heating the weld zone of the aforementioned steel tube material for the variable frequency AC power supply used to be an AC power supply of the recovery type magnetic energy and for its frequency to be made continuously or slightly variable.
(15) O tubo de aço da presente invenção é caracterizado pelo fato de que ele é produzido através do aparelho de aquecimento da zona de solda do material de tubo de aço acima referido ou método de aquecimento da zona de solda.(15) The steel pipe of the present invention is characterized by the fact that it is produced through the heating apparatus of the welding zone of the aforementioned steel pipe material or method of heating the welding zone.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
A Figura 1 (a) é um diagrama esquemático do arranjo de um aquecedor de material de tubo de aço do tipo de aquecimento por indução.Figure 1 (a) is a schematic diagram of the arrangement of a steel tube material heater of the type of induction heating.
A Figura 1 (b) é um diagrama esquemático do arranjo de um aquecedor de tubo de aço do tipo de aquecimento elétrico direto.Figure 1 (b) is a schematic diagram of the arrangement of a steel tube heater of the type of direct electric heating.
A Figura 2 (a) é um diagrama esquemático de um aparelho de aquecimento por indução da zona de solda do material de tubo de aço do tipo de aquecimento por indução em um modo de realização da presente invenção.Figure 2 (a) is a schematic diagram of an induction heating apparatus of the weld zone of the steel tube material of the induction heating type in an embodiment of the present invention.
A Figura 2 (b) é um diagrama esquemático de um aparelho de aquecimento por indução da zona de solda do material de tubo de aço do tipo de aquecimento elétrico direto em um modo de realização da presente invenção.Figure 2 (b) is a schematic diagram of an induction heating apparatus for the weld zone of the steel tube material of the direct electric heating type in an embodiment of the present invention.
A Figura 3 é uma vista esquemática da distribuição de temperatura na direção de espessura da chapa (distribuição de brilho) de uma zona fundida.Figure 3 is a schematic view of the temperature distribution in the direction of plate thickness (brightness distribution) of a molten zone.
A Figura 4 (a) é um diagrama esquemático mostrando a relação entre a frequência e o padrão de aumento da temperatura em um modo de realização da presente invenção, indicando o caso do tipo de aço A.Figure 4 (a) is a schematic diagram showing the relationship between the frequency and the pattern of temperature rise in an embodiment of the present invention, indicating the case of steel type A.
A Figura 4 (b) é um diagrama esquemático mostrando a relação entre a frequência e o padrão de aumento da temperatura em um modo de realização da presente invenção, indicando o caso do tipo de aço B.Figure 4 (b) is a schematic diagram showing the relationship between the frequency and the pattern of temperature rise in an embodiment of the present invention, indicating the case of steel type B.
A Figura 5 é um exemplo de um dispositivo de frequência variável em um modo de realização da presente invenção.Figure 5 is an example of a variable frequency device in an embodiment of the present invention.
A Figura 6 é um diagrama esquemático em perspectiva da zona de solda de um tubo de aço na presente invenção.Figure 6 is a schematic diagram in perspective of the weld zone of a steel pipe in the present invention.
A Figura 7 (a) é um diagrama esquemático para explicar a forma de fusão imediatamente após a zona de solda do tubo de aço na presente invenção, indicando o caso de Z <(Zo - Δ Z).Figure 7 (a) is a schematic diagram to explain the melting form immediately after the weld zone of the steel tube in the present invention, indicating the case of Z <(Zo - Δ Z).
A Figura 7 (b) é um diagrama esquemático para explicar a condição de fusão, imediatamente após a zona de solda do tubo de aço na presente invenção, indicando o caso de Z = (Zo ± Δ Z).Figure 7 (b) is a schematic diagram to explain the melting condition, immediately after the weld zone of the steel tube in the present invention, indicating the case of Z = (Zo ± Δ Z).
A Figura 7 (c) é um diagrama esquemático para explicar a condição de fusão, imediatamente após a zona de solda do tubo de aço na presente invenção, indicando o caso de Z > (Zo + Δ Z).Figure 7 (c) is a schematic diagram to explain the melting condition, immediately after the weld zone of the steel tube in the present invention, indicating the case of Z> (Zo + Δ Z).
MELHOR MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃOBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Os modos preferidos para realizar a presente invenção são explicados abaixo com referência aos desenhos. Note que na especificação e desenhos, elementos constituintes possuindo substancialmente a mesma função e configuração são atribuídos como símbolos para evitar explicação redundante.Preferred ways of carrying out the present invention are explained below with reference to the drawings. Note that in the specification and drawings, constituent elements having substantially the same function and configuration are assigned as symbols to avoid redundant explanation.
Como indicado pela Equação <1>, quando um tubo de aço é aquecido como o material a ser aquecido, a profundidade de penetração δ é alterada, quer pela alteração da periodicidade do fluxo magnético alternado gerado pela bobina de excitação ou alterando a frequência quando conduzindo o aquecimento elétrico direto, é possível alterar a quantidade de calor gerado na direção de espessura do material a ser aquecido. No que diz respeito à quantidade desejada de calor, é suficiente definir a energia aplicada e a profundidade de penetração δ e aplicar a corrente de excitação da fre quência determinada pela Equação <1> à bobina eletromagnética ou aos contatos. A presente invenção é uma técnica que controla com precisão o calor da zona de solda do material de tubo de aço e distribuição do mesmo, centrando-se sobre este ponto.As indicated by Equation <1>, when a steel tube is heated as the material to be heated, the penetration depth δ is changed, either by changing the periodicity of the alternating magnetic flux generated by the excitation coil or by changing the frequency when driving direct electric heating, it is possible to change the amount of heat generated in the thickness direction of the material to be heated. With regard to the desired amount of heat, it is sufficient to define the applied energy and the penetration depth δ and apply the excitation current of the frequency determined by Equation <1> to the electromagnetic coil or contacts. The present invention is a technique that accurately controls the heat of the welding zone of the steel tube material and its distribution, focusing on this point.
Os modos de realização da presente invenção serão explicados em detalhes utilizando os desenhos, tomando como um exemplo o método de aquecimento e aparelhos de aquecimento para um material aquecido que seja um material de tubo de aço em movimento através de uma linha de produção de tubo de aço. Observe que, para fácil entendimento dos mesmos símbolos são utilizados para indicar os mesmos itens ao longo dos desenhos.The embodiments of the present invention will be explained in detail using the drawings, taking as an example the method of heating and heating apparatus for a heated material that is a steel pipe material moving through a pipe production line. steel. Note that, for easy understanding of the same symbols, they are used to indicate the same items throughout the drawings.
A Figura 1 apresenta uma vista geral de exemplos de soldagem eletromagnética de tubo de aço soldado em um processo de produção de tubo de aço utilizando o material de tubo de aço como o material aquecido. Aqui, a Figura 1 (a) é um diagrama esquemático da configuração, uma vez que aquece o material a ser aquecido pelo método de aquecimento por indução, e a Figura 1 (b) é um diagrama esquemático da configuração, uma vez que aquece o material a ser aquecido pelo método de aquecimento elétrico diretoFigure 1 presents an overview of examples of electromagnetic welding of welded steel pipe in a steel pipe production process using the steel pipe material as the heated material. Here, Figure 1 (a) is a schematic diagram of the configuration, as it heats the material to be heated by the induction heating method, and Figure 1 (b) is a schematic diagram of the configuration, since it heats the material to be heated by direct electric heating method
Primeira modalidadeFirst modality
A seguir, um aparelho de aquecimento da zona de solda quando adota o método de aquecimento por indução da Figura 1 (a) será explicado primeiramente como uma primeira modalidade. Nesta modalidade, uma placa de aço de espessura t constituindo um material de tubo de aço em movimento em sua direção longitudinal na linha de produção é dobrada progressivamente em sua direção lateral e formada em forma tubular utilizando rolos, e na face final 12 dos lados de dobra opostos é aquecida e progressivamente soldada de forma contínua a partir da extremidade. Uma bobina de aquecimento eletromagnético 2 é instalada de modo que a sua volta permaneça substancialmente paralela à direção circunferencial externa do tubo 10, ou seja, de forma a ser substancialmente coaxial com o tubo 10, e um núcleo inibidor 11, que é um ferromagnético de grande permeabilidade relativa é instalado no interior do tubo 10 na direção longitudinal do tubo de aço, aumentando assim a eficiência de aquecimento, reduzindo a vazão para o lado externo do fluxo magnético alternado gerado pela passagem de corrente alternada através da bobina de aquecimento eletromagnético 2. Um fluxo magnético alternado é gerado utilizando uma fonte de alimentação de excitação para passar corrente alternada de uma frequência predeterminada através da bobina de aquecimento eletromagnético 2 e o fluxo magnético alternado gera corrente induzida no tubo 10. A zona de solda 20 do tubo 10 é derretida pelo aquecimento para acima de uma determinada temperatura, e as faces finais são pressionadas em conjunto e soldadas por uma máquina de soldagem por pressão (não mostrada) instalada a jusante do aparelho de aquecimento da zona de solda. A Figura 6 é um diagrama em perspectiva mostrando uma vista geral da zona de solda e sua vizinhança quando vista em um ângulo proveniente da direção de viagem do tubo de aço. As faces finais de esquerda e da direita da chapa de aço são soldadas por pressão em uma linha de junção 21. Em outras palavras, como visto na superfície do tubo de aço, o material aquecido (chapa de aço) 10 é feito em um tubo de aço, forçando-o em contato a partir da esquerda e direita com a zona de solda entre os dois. A zona de solda 20 é a região das bordas da linha de junção, cujo comprimento de um lado é definido como M.Next, a heating device for the welding zone when it adopts the induction heating method of Figure 1 (a) will be explained first as a first modality. In this embodiment, a steel plate of thickness t constituting a material of steel pipe in movement in its longitudinal direction in the production line is progressively folded in its lateral direction and formed in a tubular form using rollers, and in the final face 12 of the sides of opposite bend is heated and progressively welded continuously from the end. An electromagnetic heating coil 2 is installed so that its back remains substantially parallel to the outer circumferential direction of the tube 10, that is, in order to be substantially coaxial with the tube 10, and an inhibitor core 11, which is a ferromagnetic of great relative permeability is installed inside the tube 10 in the longitudinal direction of the steel tube, thus increasing the heating efficiency, reducing the flow to the external side of the alternating magnetic flux generated by the passage of alternating current through the electromagnetic heating coil 2. An alternating magnetic flux is generated using an excitation power supply to pass alternating current of a predetermined frequency through the electromagnetic heating coil 2 and the alternating magnetic flux generates induced current in tube 10. Weld zone 20 of tube 10 is melted by heating above a certain temperature, and the faces end are pressed together and welded by a pressure welding machine (not shown) installed downstream of the heating apparatus in the welding zone. Figure 6 is a perspective diagram showing an overview of the weld zone and its vicinity when viewed at an angle from the direction of travel of the steel pipe. The left and right end faces of the steel plate are pressure welded on a joint line 21. In other words, as seen on the surface of the steel pipe, the heated material (steel plate) 10 is made in a pipe steel, forcing it in contact from the left and right with the weld zone between the two. The weld zone 20 is the region of the edges of the joint line, the length of which on one side is defined as M.
Quando a profundidade de penetração da própria corrente induzida, para o efeito de superfície, em resposta à corrente alternada é superficial, a distribuição de temperatura na direção de espessura da chapa da zona de solda do tubo 10 torna-se uma distribuição de temperatura em que a temperatura no centro da espessura da chapa é inferior à temperatura na frente da espessura da chapa e as superfícies traseiras da chapa de aço. Além disso, a profundidade de penetração da corrente induzida passando através do tubo 10 difere dependendo do diâmetro, espessura e propriedades do material do tubo 10, tornando assim a distribuição de temperatura do material de aço aquecido por indução diferente, em que a forma da parte fundida do material de aço da zona de solda, isto é, a forma derretida, tornase diferente. Quando um material de tubo de aço, possuindo tal distribuição de temperatura na direção de espessura da chapa e a forma de fusão é soldada por pressão através da máquina de soldagem por pressão (não mostrada) instalada na parte de trás da zona de solda, defeitos de solda, tais como o seguinte pode ocorrer devido à diferença na forma de fusão e flutuação da forma de fusão. Ou seja, a condição de fundido do material de aço flutua na direção da espessura, devido à diferença na frequência da corrente alternada passar através do aquecimento da bobina eletromagnética 2, de modo que, por exemplo, quando o aquecimento for conduzido sob condições de aquecimento para estabelecer corretamente a temperatura e a forma de fusão no centro da espessura da chapa do tubo 10, a temperatura na frente da espessura da chapa e as regiões de superfície traseira tornam-se superiores ao valor prescrito de modo que a fusão excessiva ocorra, enquanto ao contrário, quando o aquecimento for conduzido sob condições de aquecimento para estabelecer corretamente a temperatura e a forma de fusão na frente da espessura da chapa e nas regiões de superfície traseira, deficiência de temperatura e insuficiência de fusão ocorrer no centro da espessura da chapa, o que prejudica a qualidade da zona de solda, causando assim problemas de produção de tubos de aço e dando origem aos materiais de qualidade inaceitável.When the penetration depth of the induced current itself, for the surface effect, in response to the alternating current is superficial, the temperature distribution in the thickness direction of the weld zone of the tube 10 becomes a temperature distribution in which the temperature in the center of the plate thickness is lower than the temperature in front of the plate thickness and the rear surfaces of the steel plate. In addition, the depth of penetration of the induced current passing through the tube 10 differs depending on the diameter, thickness and material properties of the tube 10, thus making the temperature distribution of the steel material heated by induction different, in which the shape of the part melted of the steel material of the weld zone, that is, the melted shape, becomes different. When a steel tube material, having such a temperature distribution in the direction of sheet thickness and the fusion form is pressure welded through the pressure welding machine (not shown) installed at the rear of the welding zone, defects soldering, such as the following may occur due to the difference in the melting form and fluctuation of the melting form. That is, the melting condition of the steel material fluctuates in the direction of the thickness, due to the difference in the frequency of the alternating current passing through the heating of the electromagnetic coil 2, so that, for example, when the heating is conducted under heating conditions to correctly establish the temperature and the melting form at the center of the sheet thickness of the tube 10, the temperature in front of the sheet thickness and the back surface regions become higher than the prescribed value so that excessive melting occurs, while conversely, when heating is conducted under heating conditions to correctly establish the temperature and the melting form in front of the sheet thickness and in the back surface regions, temperature deficiency and melting failure occur at the center of the sheet thickness, which impairs the quality of the weld zone, thus causing steel pipe production problems and giving origin to materials of unacceptable quality.
Um diagrama esquemático do aparelho de aquecimento da zona de solda do material de tubo de aço do tipo de aquecimento por indução da presente modalidade é mostrado na Figura 2 (a). Como mostrado na Figura 2 (a), o aparelho de aquecimento compreende o aquecimento da bobina eletromagnética 2 instalada fora do tubo de 10 para encerrar o tubo na direção longitudinal, uma fonte de alimentação de frequência variável 1 para excitar a bobina de aquecimento eletromagnético 2, cuja frequência é continuamente variável dentro de um faixa de frequência predefinida, uma primeira unidade de imagem da zona de solda 3 instalada a jusante da bobina de aquecimento eletromagnético da etapa 2 e obliquamente acima da zona de solda do tubo 10 para mostrar para a distribuição de brilho devido à luz autoemitida na direção da espessura da chapa na zona de solda do tubo 10 e tomando quadros de imagens tal como mostrado na Figura 6, uma unidade de computação da distribuição de temperatura da zona de solda 4 para saída de imagens de distribuição de brilho em direção da espessura da chapa da zona de solda processando imagem a partir da primeira unidade de imagem da zona de solda 3 e utilizando termometria de radiação para gerar a zona de distribuição de temperatura bidimensional da zona de solda cujos eixos estão na direção da espessura da zona de solda e na direção longitudinal do material de aço, uma segunda unidade de imagem 17 instalada acima da zona de solda para tomar as imagens (imagens de plano) da zona de solda, como visto a partir do acima (acima da superfície do material de aço), uma unidade de medição da forma de fusão da zona de solda 14 para obter a forma derretida da zona de solda, como visto de cima, com base na saída da imagem plana a partir da segunda unidade da zona de solda 17 e a gerando como um valor da forma de fusão medida, uma unidade de medição de flutuação de frequência de soldagem 15 para processar por sinal uma forma de onda de soldagem da corrente de excitação da bobina de aquecimento eletromagnético 2 saída de uma unidade de medição em forma de onda da corrente de soldagem 16 gerando a frequência da corrente de excitação (valor de frequência de soldagem: PFo) e a sua amplitude de flutuação (AFo) e uma unidade de controle de aquecimento 9 para controlar a fonte de alimentação de frequência variável 1 para regular a corrente de excitação para que a distribuição de temperatura e a forma de fusão na direção da espessura da chapa da zona de solda do tubo 10, e a frequência de soldagem assume valores de condição predefinidos.A schematic diagram of the heating apparatus for the welding zone of the steel tube material of the type of induction heating of the present embodiment is shown in Figure 2 (a). As shown in Figure 2 (a), the heating apparatus comprises heating the electromagnetic coil 2 installed outside the tube 10 to enclose the tube in the longitudinal direction, a variable frequency power supply 1 to excite the electromagnetic heating coil 2 , the frequency of which is continuously variable within a predefined frequency range, a first image unit of the welding zone 3 installed downstream of the electromagnetic heating coil of step 2 and obliquely above the welding zone of the pipe 10 to show for the distribution of brightness due to the self-emitting light in the direction of the plate thickness in the weld zone of tube 10 and taking picture frames as shown in Figure 6, a unit for computing the temperature distribution of weld zone 4 for output of distribution images of brightness towards the thickness of the weld zone plate processing image from the first image unit of the weld zone 3 and using radiation thermometry to generate the two-dimensional temperature distribution zone of the weld zone whose axes are in the direction of the thickness of the weld zone and in the longitudinal direction of the steel material, a second imaging unit 17 installed above of the weld zone to take the images (plane images) of the weld zone, as seen from the above (above the surface of the steel material), a unit of measurement of the melting form of the weld zone 14 to obtain the melted shape of the weld zone, as seen from above, based on the output of the flat image from the second unit of the weld zone 17 and generating it as a value of the measured fusion shape, a unit of fluctuation of frequency fluctuation. welding 15 for signal processing a welding waveform of the excitation current of the electromagnetic heating coil 2 output of a measuring unit in waveform of the welding current 16 generating the fr equation of the excitation current (welding frequency value: PFo) and its fluctuation range (AFo) and a heating control unit 9 to control the variable frequency power supply 1 to regulate the excitation current so that the temperature distribution and melting form in the direction of the plate thickness of the weld zone of tube 10, and the welding frequency assumes predefined condition values.
Note que a unidade de computação de distribuição de temperatura da zona de solda 4, unidade de medição de flutuação da frequência de soldagem 15, e unidade de medição da forma de fusão da zona de solda 14 são chamados coletivamente de uma unidade de medição da condição de soldagem 5. Além disso, a unidade de medição em forma de onda da corrente de soldagem 16 pode ser constituída como um resistor, a sonda da corrente ou outro sensor de detecção de corrente fornecido em série com cabos que ligam a fonte de alimentação de frequência variável e a bobina de aquecimento eletromagnético 2.Note that the welding zone temperature distribution computing unit 4, welding frequency fluctuation measurement unit 15, and welding zone fusion measurement unit 14 are collectively called a condition measurement unit welding unit 5. In addition, the waveform measuring unit of the welding current 16 can be constituted as a resistor, the current probe or another current detection sensor supplied in series with cables connecting the power supply to variable frequency and the electromagnetic heating coil 2.
1. Controle da corrente de excitação com base na distribuição de temperatura na direção da espessura da chapa da solda de placa.1. Control of the excitation current based on the temperature distribution in the direction of the plate weld plate thickness.
A primeira unidade de imagem da zona de solda 3 é um exemplo do primeiro meio de imagem, e como a primeira unidade de imagem da zona de solda 3 é possível utilizar, por exemplo, uma câmera de alta resolução, tal como uma câmera CCD comercialmente disponível, ou seja, uma câmera de alta resolução que está alojada em uma caixa de blindagem magnética e adquire a distribuição de brilho bidimensional na direção da espessura da chapa da zona de solda e na direção longitudinal das faces finais da chapa de aço como uma imagem de quadro como aquela mostrada na Figura 6 (primeira etapa de imagem). A distribuição de brilho e a distribuição de temperatura com relação a uma dimensão (direção da espessura da chapa da zona de solda) são mostradas na Figura 3. A saída de imagem da distribuição de brilho proveniente da primeira unidade de imagem da zona de solda 3 é de imagens processadas pela unidade de computação da distribuição de temperatura da zona de solda 4, que é um exemplo do meio de computação de distribuição de temperatura da zona de solda para extrair a zona de solda, e o brilho é convertido para temperatura pixel por pixel, por exemplo, através de termometria de radiação, a tecnologia convencional, para obter uma distribuição de temperatura bidimensional da zona de solda da distribuição de temperatura na direção de espessura da chapa da zona de solda e na direção longitudinal da chapa de aço (etapa de medição da distribuição de temperatura, etapa de computação da distribuição de temperatura da zona de solda).The first imaging unit in the welding zone 3 is an example of the first imaging medium, and as the first imaging unit in the welding zone 3 it is possible to use, for example, a high resolution camera, such as a commercially CCD camera available, that is, a high resolution camera that is housed in a magnetic shielding box and acquires the distribution of two-dimensional brightness in the direction of the thickness of the weld zone sheet and in the longitudinal direction of the end faces of the steel sheet as an image frame as shown in Figure 6 (first image stage). The brightness distribution and temperature distribution with respect to a dimension (direction of the thickness of the weld zone) are shown in Figure 3. The image output of the brightness distribution from the first image unit of the weld zone 3 is of images processed by the temperature distribution computing unit of the welding zone 4, which is an example of the temperature distribution computing medium of the welding zone to extract the welding zone, and the brightness is converted to pixel temperature by pixel, for example, through radiation thermometry, conventional technology, to obtain a two-dimensional temperature distribution of the weld zone of the temperature distribution in the direction of thickness of the weld zone and in the longitudinal direction of the steel sheet (step measurement of temperature distribution, step of computing the temperature distribution of the weld zone).
Note que, enquanto a distribuição de temperatura bidimensional da zona de solda acima referida pode ser utilizada como a distribuição de temperatura da zona de solda para avaliar a aprovação / reprovação dos mesmos, também é possível tomar o comprimento M da zona de solda 20 mostrada na Figura 6, como, por exemplo, 10 mm, média na direção longitudinal da chapa de aço nesta parte para calcular uma distribuição de temperatura na direção da espessura da folha de uma dimensão, tal como mostrado na Figura 3, e avaliar a sua aprovação / reprovação. Embora a explicação a seguir seja feita tomando a distribuição de temperatura na direção da espessura da chapa de uma dimensão como um exemplo, substancialmente a mesma avaliação de aprovação / reprovação pode obviamente ser também implementada no caso bidimensional.Note that, while the two-dimensional temperature distribution of the aforementioned welding zone can be used as the temperature distribution of the welding zone to assess their pass / fail, it is also possible to take the length M of the welding zone 20 shown in Figure 6, such as, for example, 10 mm, averaged in the longitudinal direction of the steel sheet in this part to calculate a temperature distribution in the direction of the thickness of the sheet of a dimension, as shown in Figure 3, and evaluate its approval / disapproval. Although the following explanation is made by taking the temperature distribution in the direction of one dimension sheet thickness as an example, substantially the same pass / fail assessment can obviously also be implemented in the two-dimensional case.
Na zona de solda do tubo 10, o fluxo magnético alternado gerado pela passagem da corrente de excitação através da bobina de aquecimento eletromagnético 2 produz corrente induzida nas superfícies dianteira e traseira do tubo de aço, esquematicamente indicado pelas linhas tracejadas na Figura 2 (a). A zona de solda do tubo 10 é aquecida pelo calor de Joule produzido por esta corrente induzida e a resistência do tubo 10. Aqui, como indicado pela Equação <1>, a profundidade de penetração da corrente induzida na direção da espessura da chapa do tubo de aço varia com a frequência do fluxo magnético alternado devido à passagem da corrente através da bobina de aquecimento eletromagnético 2 e as propriedades eletromagnéticas atribuíveis ao tamanho do tubo de aço (diâmetro, espessura) e o tipo de aço (composição e estrutura). Nesta modalidade, a profundidade de penetração da passagem de corrente induzida através do tubo 10 é controlada controlando dinamicamente a frequência da passagem da corrente através da bobina de aquecimento eletromagnético 2, em conformidade com as dimensões / tamanho do tubo de aço (diâmetro, espessura), as propriedades do material (composição, estrutura), e propriedades eletromagnéticas.In the weld zone of tube 10, the alternating magnetic flux generated by the passage of the excitation current through the electromagnetic heating coil 2 produces current induced on the front and rear surfaces of the steel tube, schematically indicated by the dashed lines in Figure 2 (a) . The weld zone of tube 10 is heated by the Joule heat produced by this induced current and the resistance of tube 10. Here, as indicated by Equation <1>, the depth of penetration of the induced current in the direction of the thickness of the tube plate steel varies with the frequency of the alternating magnetic flux due to the current passing through the electromagnetic heating coil 2 and the electromagnetic properties attributable to the size of the steel tube (diameter, thickness) and the type of steel (composition and structure). In this mode, the penetration depth of the current flow through the tube 10 is controlled by dynamically controlling the frequency of the current flow through the electromagnetic heating coil 2, in accordance with the dimensions / size of the steel tube (diameter, thickness) , material properties (composition, structure), and electromagnetic properties.
A unidade de controle de aquecimento 9 mostrada na Figura 2 (a) é um exemplo do meio de controle de aquecimento e compreende a unidade de cálculo de elevação da temperatura da zona de solda 7 que utiliza a frequência f da corrente de excitação como uma variável para calcular o aumento de temperatura na direção da espessura da chapa da zona de solda com base no tamanho do tubo de aço (diâmetro, espessura), tipo de aço, velocidade de viagem do tubo de aço e outros dados de produção previamente armazenados no banco de dados de aquecimento 6 (incluindo o cronograma de produção, ou seja, a ordem dos lotes de produção, e as condições de produção do lote individual) e a unidade de determinação da frequência 8, que calcula a frequência da corrente de excitação utilizando a entrada da frequência da corrente de excitação (valor de frequência de soldagem: Fo) proveniente da unidade de medição de flutuação de frequência de soldagem 15, a saída da distribuição de temperatura unidimensional da zona de solda através da unidade de computação da distribuição de temperatura da zona de solda 4, e o resultado de derivação da unidade de cálculo de aumento da temperatura da zona de solda 7 (etapa de controle de aquecimento).The heating control unit 9 shown in Figure 2 (a) is an example of the heating control means and comprises the unit for calculating the temperature rise of the weld zone 7 which uses the frequency f of the excitation current as a variable to calculate the temperature rise in the direction of the weld zone sheet thickness based on the size of the steel tube (diameter, thickness), type of steel, travel speed of the steel tube and other production data previously stored in the bank heating data 6 (including the production schedule, that is, the order of the production batches, and the production conditions of the individual batch) and the frequency determination unit 8, which calculates the frequency of the excitation current using the input of the excitation current frequency (welding frequency value: Fo) from the welding frequency fluctuation measuring unit 15, the distribution output one-dimensional temperature of the weld zone through the computer unit of the temperature distribution of the weld zone 4, and the result of the derivation of the temperature increase unit of the weld zone 7 (heating control step).
A unidade de determinação da frequência 8 pode ser configurada para determinar não apenas a frequência, mas também, concomitantemente a amperagem e/ou a tensão da corrente aplicada à bobina de aquecimento eletromagnético 2. Nesta modalidade, será feita uma explicação sobre o caso em que a amperagem da corrente (amplitude) é pré-ajustada para um valor adequado que permite experimentalmente o aquecimento da zona de solda para uma região de temperatura prescrita.The frequency determination unit 8 can be configured to determine not only the frequency, but also, concomitantly the amperage and / or the voltage of the current applied to the electromagnetic heating coil 2. In this mode, an explanation will be made of the case in which the amperage of the current (amplitude) is preset to a suitable value that allows experimentally the heating of the welding zone to a prescribed temperature region.
Em seguida, a configuração interna da unidade de controle de aquecimento 9 será explicada.Then, the internal configuration of the heating control unit 9 will be explained.
A relação entre a frequência da corrente de excitação alternada (corrente alternada) e o padrão de aumento de temperatura é determinado pelas condições de produção que consistem no tamanho (diâmetro, espessura) e no tipo de aço (resistência elétrica, etc.) do tubo de aço atualmente passando através do processo de produção, quer experimentalmente com antecedência ou por determinação do fenômeno de indução eletromagnética, em resposta à corrente de excitação alternada através da simulação de aquecimento da zona de solda utilizando cálculo do campo eletromagnético (cálculo por FEM ou similares) e cálculo do modelo de transferência de calor e é armazenado na unidade de cálculo do aumento da temperatura da zona de solda 7 na forma de uma tabela como um exemplo de critério. Por exemplo, se a resistência elétrica do material de aço, que normalmente varia com a temperatura, for assumida como sendo uma resistência elétrica fixa, e o aquecimento da zona de solda for simulado com o foco apenas no tamanho do tubo de aço (diâmetro, espessura), as curvas similares àquelas na Figura 4 (a) e na Figura 4 (b) podem ser obtidas, que representam a relação entre a frequência de excitação e o aumento da temperatura, com combinações de diâmetro e espessura do tubo de aço (diâmetro, espessura) como parâmetros. A temperatura sobe (assumindo a temperatura normal como a temperatura base) no caso do aço tipo A e aço tipo B exemplificados na Figura 4 (a) e Figura 4 (b) são os resultados da simulação na superfície frontal da zona de solda (superfície frontal da chapa de aço), mas N número de pontos, por exemplo, são selecionados na direção da espessura da chapa e designados P0, P1, ..., Pn, na ordem da superfície, e a temperatura sobe T nesses pontos do aço tipo A ou aço tipo B sob produção (Pn, f) (onde f é a frequência de excitação) é individualmente determinada pela simulação de aquecimento da zona de solda e armazenada na unidade de cálculo de aumento de temperatura da zona de solda 7.The relationship between the frequency of the alternating excitation current (alternating current) and the temperature rise pattern is determined by the production conditions that consist of the size (diameter, thickness) and the type of steel (electrical resistance, etc.) of the tube. of steel currently passing through the production process, either experimentally in advance or by determining the electromagnetic induction phenomenon, in response to the alternating excitation current by simulating the heating of the weld zone using calculation of the electromagnetic field (calculation by FEM or similar ) and calculation of the heat transfer model and is stored in the unit for calculating the temperature rise of the weld zone 7 in the form of a table as an example of the criterion. For example, if the electrical resistance of the steel material, which normally varies with temperature, is assumed to be a fixed electrical resistance, and the heating of the weld zone is simulated with a focus only on the size of the steel pipe (diameter, curves similar to those in Figure 4 (a) and Figure 4 (b) can be obtained, which represent the relationship between the excitation frequency and the temperature increase, with combinations of diameter and thickness of the steel tube ( diameter, thickness) as parameters. The temperature rises (assuming normal temperature as the base temperature) in the case of steel type A and steel type B exemplified in Figure 4 (a) and Figure 4 (b) are the results of the simulation on the front surface of the weld zone (surface front of the steel plate), but N number of points, for example, are selected in the direction of the plate thickness and designated P0, P1, ..., Pn, in the order of the surface, and the temperature rises T at those points of the steel type A or type B steel under production (Pn, f) (where f is the excitation frequency) is individually determined by the simulation of heating of the weld zone and stored in the temperature increase unit of the weld zone 7.
Na unidade de determinação da frequência 8, que realmente determina a frequência f da corrente de excitação, a frequência f é determinada a partir da distribuição de temperatura unidimensional da zona de solda (um exemplo de distribuição de temperatura na direção de espessura da chapa) de saída pela unidade de cálculo da distribuição de temperatura da zona de solda 4, pelo cálculo de regressão ou outro cálculo de otimização baseado nos valores de temperatura medida DT (Pn, f) com os respectivos pontos P0, P1 ..., Pn na direção da espessura da chapa e do aumento da temperatura T (Pn, f) curvas armazenadas na unidade de cálculo de aumento de temperatura da zona de solda 7, de modo a minimizar a avaliação do coeficiente J representada pela Equação <3>.In the frequency determination unit 8, which actually determines the frequency f of the excitation current, the frequency f is determined from the one-dimensional temperature distribution of the weld zone (an example of temperature distribution in the thickness direction of the plate) of output by the unit of calculation of the temperature distribution of the welding zone 4, by the regression calculation or other optimization calculation based on the measured temperature values DT (Pn, f) with the respective points P0, P1 ..., Pn in the direction the thickness of the plate and the increase in temperature T (Pn, f) curves stored in the unit for calculating the temperature increase of the welding zone 7, in order to minimize the evaluation of the coefficient J represented by Equation <3>.
J = ix Y[DT(Pm,n ~ T (Pm, /)] 2 <3>J = ix Y [DT (Pm, n ~ T (Pm, /)] 2 <3>
m=0m = 0
Além do método acima explicado de determinar a frequência da corrente de excitação apresentando a relação entre a frequência da corrente de excitação alternada e o padrão de aumento da temperatura e, em seguida, desempenhando o cálculo de otimização, o método a seguir também é possível. Ou seja, acontece por vezes no processo de produção que um número de tubos de aço com as mesmas especificações são soldadas através de aquecimento por indução, de modo que seja possível definir proviso riamente a relação entre o aumento da temperatura e a frequência associada ao tubo de aço soldado no início da produção e para dar a unidade de determinação de frequência 8 capacidade de aprendizagem pelo qual se ajusta a relação interessada para alcançar a temperatura desejada e a forma de fusão, enquanto monitora separadamente, julgando de aprovação / reprovação, e aprendendo a distribuição da temperatura e a forma de fusão resultante da soldagem térmica por indução do tubo de aço.In addition to the aforementioned method of determining the frequency of the excitation current by showing the relationship between the frequency of the alternating excitation current and the pattern of temperature rise and then performing the optimization calculation, the following method is also possible. That is, it sometimes happens in the production process that a number of steel tubes with the same specifications are welded through induction heating, so that it is possible to provisionally define the relationship between the increase in temperature and the frequency associated with the tube of welded steel at the beginning of production and to give the frequency determination unit 8 learning capacity by which the interested relationship is adjusted to achieve the desired temperature and the melting form, while monitoring separately, judging pass / fail, and learning the temperature distribution and the melting form resulting from the induction heat welding of the steel tube.
2. Controle da corrente de excitação com base na forma de fusão2. Control of the excitation current based on the form of fusion
A unidade de medição da forma de fusão da zona de solda 14 é um exemplo do meio de medição da forma de fusão da zona de solda, e, com base na imagem plana do material de aço fundido imediatamente após a soldagem por pressão que é produzida pela segunda unidade de imagem da solda de zona 17, que é um exemplo do segundo meio de imagens (segunda etapa de imagem), realiza o processamento da imagem para discriminar / detectar a zona de fundição 23 na imagem plana proveniente do brilho. Adicionalmente, é possível para isso discriminar / detectar a zona de fundição 23, após determinar a distribuição de temperatura com base no brilho (etapa de medição da forma de fusão da zona de solda). Note que o local no qual esta zona de fundição 23 se resfria e se solidifica torna-se a costura de solda 24 mostrada na Figura 6. Portanto, a largura da zona de fundição 23 é substancialmente a mesma que a largura da costura de solda 23.The weld zone melt measurement unit 14 is an example of the weld zone melt measurement method, and based on the flat image of the molten steel material immediately after the pressure welding that is produced by the second image unit of the zone 17 weld, which is an example of the second image medium (second image step), performs the image processing to discriminate / detect the casting zone 23 in the flat image coming from the brightness. In addition, it is possible to discriminate / detect the melting zone 23, after determining the temperature distribution based on the brightness (step of measuring the melting form of the weld zone). Note that the location where this casting zone 23 cools and solidifies becomes the weld seam 24 shown in Figure 6. Therefore, the width of the casting zone 23 is substantially the same as the width of the weld seam 23 .
As formas específicas da forma de fusão medida pela unidade de medição da forma de derreter da zona de solda 14 são mostradas na Figura 7. Na Figura 7 (a), a zona de fundição 23 imediatamente após a soldagem por pressão é de uma largura (Z) menor que um valor desejado (Zo ± ΔΖ), que é um exemplo de um critério de avaliação predefinido da largura da zona de solda, e está em um estado não-derretido, assim a entrada de calor é aumentada aumentando a frequência de soldagem para aumentar a corrente induzida nas superfícies frontais e traseiras da espessura da chapa da zona de solda 20 do tubo 10, ou aumentando a corrente de entrada. Por outro lado, na Figura 7 (c), a zona de fundição 23 imediatamente após a soldagem por pressão é de uma largura (Z) maior que o valor desejado (Zo ± ΔΖ) e está em um estado excessivamente derretido, assim a entrada de calor é diminuída diminuindo a frequência da soldagem para aumentar a corrente induzida na região do centro da espessura da chapa da zona de solda 20 do tubo 10, ou diminuindo a corrente de entrada. Em outras palavras, a unidade de determinação da frequência 8 ajusta e controla a frequência da corrente de excitação (valor da frequência de soldagem: Fo) de entrada da unidade de medição de flutuação da frequência de soldagem 15, a fim de estabelecer a boa forma de fusão mostrada na Figura 7 (b). Aqui, o controle de frequência de entrada ou entrada de controle de entrada atual que satisfaz o valor desejado (Zo ± ΔΖ) da largura da zona de fundição imediatamente após a soldagem por pressão é um valor que difere dependendo do tamanho do tubo de aço (diâmetro, espessura) e o tipo de aço (composição, estrutura), por isso é previamente determinado, experimentalmente, ou pela simulação de aquecimento da zona de solda acima referida, e armazenados no banco de aquecimento 6. Note que o cronograma de produção consistindo no tipo de dados para o tubo de aço / material de aço soldado no processo de produção (incluindo tamanho (diâmetro, espessura) e o tipo de aço (composição, estrutura)) é também gravado no banco de dados de aquecimento 6 previamente (continuação da etapa de controle de aquecimento).The specific shapes of the melt shape measured by the melt measurement unit of the weld zone 14 are shown in Figure 7. In Figure 7 (a), the casting zone 23 immediately after pressure welding is a width ( Z) less than a desired value (Zo ± ΔΖ), which is an example of a predefined evaluation criterion of the width of the weld zone, and is in a non-melted state, so the heat input is increased by increasing the frequency of welding to increase the current induced on the front and rear surfaces of the sheet thickness of the weld zone 20 of the tube 10, or by increasing the input current. On the other hand, in Figure 7 (c), the casting zone 23 immediately after pressure welding is of a width (Z) greater than the desired value (Zo ± ΔΖ) and is in an excessively melted state, thus the entrance of heat is decreased by decreasing the frequency of the welding to increase the current induced in the region of the center of the thickness of the plate of the welding zone 20 of the tube 10, or by decreasing the input current. In other words, the frequency determination unit 8 adjusts and controls the frequency of the excitation current (welding frequency value: Fo) of the welding frequency fluctuation measurement unit 15 in order to establish good shape melting point shown in Figure 7 (b). Here, the input frequency control or current input control input that satisfies the desired value (Zo ± ΔΖ) of the casting zone width immediately after pressure welding is a value that differs depending on the size of the steel pipe ( diameter, thickness) and the type of steel (composition, structure), so it is previously determined, experimentally, or by simulation of heating of the welding zone mentioned above, and stored in the heating bench 6. Note that the production schedule consisting in the data type for the steel tube / welded steel material in the production process (including size (diameter, thickness) and the steel type (composition, structure)) is also recorded in the heating database 6 previously (continued) heating control step).
Note que, quando com base na forma de fusão medida pela unidade de medição da forma de fusão da zona de solda 14, a forma de fusão é marcadamente grande ou pequena, é possível considerar que a anomalia de soldagem ocorreu e emitiu uma advertência por um alarme sonoro ou exibindo uma advertência sobre uma tela de exibição.Note that when based on the melting form measured by the unit of measurement of the melting form of the weld zone 14, the melting form is markedly large or small, it is possible to consider that the welding anomaly occurred and issued a warning for a audible alarm or displaying a warning on a display screen.
3. Controle da corrente de excitação com base na flutuação de frequência de solda3. Excitation current control based on fluctuation of welding frequency
Neste contexto, apesar de um método da técnica anterior fixar a frequência da corrente de excitação e configurar a fonte de alimentação de excitação e a bobina de excitação através de um circuito de casamento de impedância, sabe-se que, neste caso a frequência de soldagem flutua com a mudança na forma de fusão da zona de solda. Nesta modalidade, utilizando este fato, a unidade de medição em forma de onda da corrente de soldagemIn this context, despite a prior art method setting the excitation current frequency and configuring the excitation power supply and excitation coil through an impedance matching circuit, it is known that in this case the welding frequency fluctuates with the change in the melting shape of the weld zone. In this modality, using this fact, the unit of measurement in wave form of the welding current
16, que é um exemplo do meio de medição em forma de onda da corrente de soldagem, e a unidade de medição da flutuação de frequência de soldagem 15, que é um exemplo do meio de medição da flutuação de frequência de soldagem, flutuação de frequência de soldagem de monitor (etapa de medição em forma de onda da corrente de soldagem), tornando assim possível a mudança de forma a ser mais precisamente determinada e explorada como um indicador de controle eficaz de aquecimento para a obtenção de uma boa qualidade de solda.16, which is an example of the welding current waveform measuring medium, and the welding frequency fluctuation measuring unit 15, which is an example of the welding frequency fluctuation measuring medium, frequency fluctuation monitor welding (measurement step in the waveform of the welding current), thus making it possible to change the shape in order to be more precisely determined and exploited as an indicator of effective heating control to obtain a good weld quality.
Embora a flutuação da frequência de soldagem possa ser suprimida controlando a forma de fusão para a forma desejada, a quantidade de flutuação da frequência de soldagem também difere em termos de valor dependendo do tamanho do tubo de aço (diâmetro, espessura) e o tipo de aço (composição, estrutura), de modo que quanto maior o controle de qualidade de soldagem de alta precisão for alcançado pelo armazenamento no banco de dados de aquecimento 6 um limite D (exemplo do valor permitido) para o valor de medição de flutuação de frequência de soldagem (AFo), medido pela unidade de medição de flutuação de frequência de soldagem 15, que é definido com antecedência para cada um dos tamanhos do tubo de aço (diâmetro, espessura) e o tipo de aço (composição, estrutura), e comparando o limite D com o valor de medição da flutuação de frequência de soldagem (AFo) na unidade de determinação de frequência 8, como um indicador na implementação do controle da forma de fusão da zona de solda de solda. Por exemplo, quando o valor de medição da flutuação de frequência de soldagem (AFo) torna-se maior do que o limite D, a largura da zona fundida 23 é considerada muito grande, então a frequência é reduzida por uma taxa de pré-ajuste (por exemplo, 30%).Although the fluctuation in the welding frequency can be suppressed by controlling the melting form to the desired shape, the amount of fluctuation in the welding frequency also differs in value depending on the size of the steel pipe (diameter, thickness) and the type of steel (composition, structure), so that the higher the quality control of high-precision welding is achieved by storing in the heating database 6 a D limit (example of the allowed value) for the frequency fluctuation measurement value welding (AFo), measured by the welding frequency fluctuation measurement unit 15, which is defined in advance for each of the steel tube sizes (diameter, thickness) and the type of steel (composition, structure), and comparing limit D with the measurement value of the welding frequency fluctuation (AFo) in the frequency determination unit 8, as an indicator in the implementation of force control fusion zone of the weld zone. For example, when the weld frequency fluctuation (AFo) measurement value becomes greater than limit D, the width of the melt zone 23 is considered to be too large, so the frequency is reduced by a preset rate (e.g. 30%).
No precedente foi explicado o conduzido a seguir pela unidade de determinação da frequência 8:1. O controle da corrente de excitação com base na distribuição de temperatura na direção de espessura da chapa da zona de solda, 2. O controle da corrente de excitação com base na forma de solda, e 3. O controle da corrente de excitação com base na flutuação de frequência de solda. Esses controles podem ser utilizados de forma inde pendente para determinar a frequência da corrente de excitação ou pode ser utilizado em várias combinações para determinar a frequência da corrente de excitação. Note que é preferível, por exemplo, utilizar primariamente o controle da corrente de excitação, com base na distribuição de temperatura na direção de espessura da chapa da zona de solda, e corrigir o valor da frequência com base na distribuição de temperatura pelo uso auxiliar do controle da corrente de excitação com base na forma de solda e/ou o controle da corrente de excitação, com base na flutuação de frequência de solda. Note que a frequência é definida para ser variável e modo flexível dentro de uma faixa de frequência predefinida, continuamente ou discretamente para um nível que pode ser considerado para simular a variação contínua (continuação da etapa de controle de aquecimento).In the preceding section, what was conducted by the frequency determination unit 8: 1 was explained. Control of the excitation current based on the temperature distribution in the direction of thickness of the weld zone, 2. Control of the excitation current based on the weld shape, and 3. Control of the excitation current based on the fluctuation of welding frequency. These controls can be used independently to determine the frequency of the excitation current or can be used in various combinations to determine the frequency of the excitation current. Note that it is preferable, for example, to use primarily the excitation current control, based on the temperature distribution in the direction of the thickness of the weld zone, and to correct the frequency value based on the temperature distribution by using the auxiliary use. control of the excitation current based on the weld shape and / or control of the excitation current, based on the fluctuation of the welding frequency. Note that the frequency is set to be variable and flexible within a predefined frequency range, continuously or discretely to a level that can be considered to simulate continuous variation (continuation of the heating control step).
Na explicação acima, a unidade de controle de aquecimento 9 compreendendo o banco de dados de aquecimento 6, a unidade de cálculo de aumento da temperatura da zona de solda 7 e a unidade de determinação da frequência 8 foram descritas com relação ao caso de uma configuração para controlar a frequência da corrente de excitação. Como outras configurações, é possível incorporar, além da frequência, a corrente de excitação e/ou a tensão como parâmetro a ser controlado pela unidade de controle de aquecimento 9. Neste caso, o volume dos dados processados pela unidade de controle de aquecimento 9 aumenta, mas a qualidade da solda pode ser regulada de forma mais dinâmica.In the above explanation, the heating control unit 9 comprising the heating database 6, the unit for calculating the temperature rise in the weld zone 7 and the frequency determination unit 8 have been described in relation to the case of a configuration to control the frequency of the excitation current. Like other configurations, it is possible to incorporate, in addition to frequency, the excitation current and / or voltage as a parameter to be controlled by the heating control unit 9. In this case, the volume of data processed by the heating control unit 9 increases , but the quality of the weld can be regulated more dynamically.
A fonte de alimentação de frequência variável 1 será explicado em seguida. A fonte de alimentação de frequência variável 1 fornece a corrente de excitação para a bobina de aquecimento eletromagnético 2 sob o controle pela frequência determinada pela unidade de determinação da frequência 8.The variable frequency power supply 1 will be explained below. The variable frequency power supply 1 provides the excitation current for the electromagnetic heating coil 2 under control by the frequency determined by the frequency determining unit 8.
A Figura 5 é um exemplo de fonte de alimentação de frequência variável nesta modalidade, cuja frequência é continuamente variável, em uma faixa de frequência predeterminada (por exemplo, 1 kHz a 500 kHz), e para a qual não pode ser utilizada uma fonte de alimentação de corrente alternada que recupera a energia magnética, como ensinado pela Publica ção da Patente Japonesa (A) N° 2004-260991. Especificamente, uma tensão alternada proveniente de uma fonte de energia da corrente alternada (fonte de alimentação primária da zona de solda) 100 é enviada através de um reator de corrente alternada 101 a ser corrigida por um retificador de diodo 102, de modo a aplicar uma tensão de corrente direta para a fonte de alimentação de frequência variável 1, que recupera a energia magnética e serve como a fonte de alimentação de frequência variável.Figure 5 is an example of a variable frequency power supply in this mode, whose frequency is continuously variable, in a predetermined frequency range (for example, 1 kHz to 500 kHz), and for which a power source cannot be used. alternating current supply that recovers magnetic energy, as taught by Japanese Patent Publication (A) No. 2004-260991. Specifically, an alternating voltage from an alternating current power source (primary source of the welding zone) 100 is sent through an alternating current reactor 101 to be corrected by a diode rectifier 102 in order to apply a direct current voltage to the variable frequency power supply 1, which recovers magnetic energy and serves as the variable frequency power supply.
Quando os elementos de comutação S2, S4 da fonte de alimentação de frequência variável são desligados, a corrente passa através da bobina de aquecimento eletromagnético 2 de baixo para cima na folha de desenho e, em seguida, passa através dos diodos de S1 e S3 para carregar o capacitor C. A corrente torna-se 0 quando o carregamento do capacitor C está concluído.When the switching elements S2, S4 of the variable frequency power supply are switched off, the current passes through the electromagnetic heating coil 2 from the bottom up on the drawing sheet and then through the diodes of S1 and S3 to charge capacitor C. The current becomes 0 when charging of capacitor C is complete.
Em seguida, quando os elementos de comutação S1, S3 são ativados (S2, S4 desligado) no momento em que o carregamento do capacitor C estiver concluído, a energia carregada no capacitor C é descarregada através de S1, S3, de modo que a corrente passe através da bobina de aquecimento eletromagnético 2 de cima para baixo na folha de desenho.Then, when the switching elements S1, S3 are activated (S2, S4 off) at the moment when the charging of capacitor C is completed, the energy charged in capacitor C is discharged through S1, S3, so that the current pass through the electromagnetic heating coil 2 from top to bottom on the drawing sheet.
Quando a descarga do capacitor C estiver concluída, a tensão do capacitor torna-se 0, os diodos de S2, S4 conduzidos, porque eles não estão mais sob tensão reversa e a corrente através da bobina de aquecimento eletromagnético 2 de cima para baixo na folha de desenho é aumentada pela passagem através de dois percursos de S4 para S1 e S3 para S2. Durante este período, uma vez que a corrente circula entre a bobina de aquecimento eletromagnético 2 e a fonte de alimentação de frequência variável 1, a corrente é atenuada pela constante de tempo determinada pela bobina de aquecimento eletromagnético 2 e a impedância do tubo de aço. Posteriormente, quando, da mesma forma, S1 e S3 são desligados, e S2 e S4 são ativados, o capacitor C é carregado através de S2 e S4 e a corrente passa através da bobina de aquecimento 2 de cima para baixo em folha de desenho.When the discharge of capacitor C is completed, the voltage of the capacitor becomes 0, the diodes of S2, S4 conducted, because they are no longer under reverse voltage and the current through the electromagnetic heating coil 2 from top to bottom on the sheet of design is increased by passing through two paths from S4 to S1 and S3 to S2. During this period, since the current circulates between the electromagnetic heating coil 2 and the variable frequency power supply 1, the current is attenuated by the time constant determined by the electromagnetic heating coil 2 and the impedance of the steel pipe. Later, when, in the same way, S1 and S3 are switched off, and S2 and S4 are activated, capacitor C is charged through S2 and S4 and the current passes through the heating coil 2 from top to bottom on the drawing sheet.
Dessa forma, torna-se possível passar a corrente diferentes fre quências por meio da bobina de aquecimento eletromagnético 2 regulando o temporizador Ativar / Desligar das respectivas portas do elemento de comutação S1/S3 e S2/S4, segundo o qual de aquecimento por indução de frequência variável pode ser realizado. Em outras palavras, a frequência da corrente que passa através da bobina de aquecimento eletromagnético 2 pode ser variado mediante a unidade de controle de aquecimento 9, que regula a temporização de condução dos elementos de comutação com base no sinal proveniente da unidade de medição da condição de soldagem 5.In this way, it is possible to pass current through different frequencies through the electromagnetic heating coil 2 by setting the On / Off timer for the respective switching element ports S1 / S3 and S2 / S4, according to which induction heating variable frequency can be performed. In other words, the frequency of the current passing through the electromagnetic heating coil 2 can be varied by means of the heating control unit 9, which regulates the conduction timing of the switching elements based on the signal from the condition measurement unit. welding 5.
Por outro lado, a corrente da bobina de aquecimento eletromagnético 2 é definida com antecedência por uma unidade de ajuste da corrente de saída 103, de acordo com o tamanho do tubo de aço (diâmetro, espessura) e o tipo de aço (composição e estrutura), a amperagem da corrente que passa através da bobina de aquecimento eletromagnético 2 é alimentado de volta, e a tensão de um regulador de energia a tiristor 104 é controlada para fazer a passagem de corrente através da bobina de aquecimento eletromagnético constante 2.On the other hand, the current of the electromagnetic heating coil 2 is defined in advance by an output current adjustment unit 103, according to the size of the steel tube (diameter, thickness) and the type of steel (composition and structure ), the amperage of the current that passes through the electromagnetic heating coil 2 is fed back, and the voltage of a thyristor energy regulator 104 is controlled to pass current through the constant electromagnetic heating coil 2.
Neste caso, não é necessário nenhum transformador de correspondência entre a fonte de alimentação de frequência variável 1 bobina de aquecimento eletromagnético 2 para combinar a impedância entre o material que está sendo aquecido e bobina de aquecimento eletromagnético, o que melhora a eficácia do aquecimento do material a ser aquecido e é, portanto, desejável do ponto de vista da conservação de energia de alta eficácia. Além disso, no caso da indução da zona de solda de aquecimento do tubo de aço, é possível adotar MOSFETs de energia para os elementos de comutação S1 a S4, porque a frequência às vezes torna-se tão elevada como em torno de 400 kHz (etapa de aquecimento).In this case, no matching transformer is needed between the variable frequency power supply 1 electromagnetic heating coil 2 to match the impedance between the material being heated and the electromagnetic heating coil, which improves the heating efficiency of the material to be heated and is therefore desirable from the point of view of energy conservation of high efficiency. In addition, in the case of induction of the heating zone of the steel tube, it is possible to adopt energy MOSFETs for switching elements S1 to S4, because the frequency sometimes becomes as high as around 400 kHz ( heating step).
Segunda modalidadeSecond modality
Embora na primeira modalidade uma configuração ao utilizar a bobina de aquecimento eletromagnético por indução da zona de solda mostrada na Figura 2 (a) foi definida como uma segunda modalidade da presente invenção uma configuração é possível, na qual como mostrado na Figura 2 (b), o tubo de aço soldado é aquecido aplicando diretamente a corrente alternada através de um par de contatos de aquecimento elétrico direto da zona de solda 2' que são eletrodos instalados nas extremidades opostas da chapa de aço em toda a zona de solda uma da outra. Neste caso, unidade de determinação da frequência 8 controla a frequência da corrente diretamente através do tubo de aço soldado. Também neste caso, é possível controlar não só a frequência, mas também a tensão aplicada aos contatos. Outras modalidadesAlthough in the first embodiment a configuration using the electromagnetic heating coil by induction of the welding zone shown in Figure 2 (a) was defined as a second embodiment of the present invention, a configuration is possible, in which as shown in Figure 2 (b) , the welded steel tube is heated by directly applying the alternating current through a pair of electrical heating contacts straight from the welding zone 2 'which are electrodes installed on the opposite ends of the steel plate throughout the welding zone from each other. In this case, the frequency determination unit 8 controls the frequency of the current directly through the welded steel tube. In this case too, it is possible to control not only the frequency, but also the voltage applied to the contacts. Other modalities
A unidade de medição da condição de soldagem referida acima 5 compreendendo a unidade de cálculo de distribuição de temperatura da zona de solda 4, unidade de medição da forma de fusão da zona de solda 14, e soldagem unidade de medição da flutuação de frequência 15, e a unidade de controle de aquecimento 9 compreendendo o banco de dados de aquecimento 6, a unidade de cálculo do aumento da temperatura da zona de solda 7 e a unidade de determinação da frequência 8 são preferencialmente configuradas, individualmente ou em conjunto, utilizando um computador pessoal equipado com, por exemplo, uma placa do conversor A/D, HDD e outros dispositivos de armazenamento, teclado, mouse e outros dispositivos de entrada e um display para saída e operações de exibição e processamento de resultados, e com um programa de computador para operar o mesmo para executar o processamento acima. Além disso, é possível instalar uma unidade de conexão de rede para ser conectado a uma LAN na planta de produção para a entrada de cronogramas de produção e outros dados de operação e notificar o operador quando for detectada anomalia de soldadura.The unit for measuring the welding condition referred to above 5 comprising the unit for calculating the temperature distribution of the weld zone 4, the unit for measuring the melting form of the weld zone 14, and the welding unit for measuring the frequency fluctuation 15, and the heating control unit 9 comprising the heating database 6, the unit for calculating the temperature rise of the welding zone 7 and the frequency determining unit 8 are preferably configured, individually or together, using a computer personnel equipped with, for example, an A / D converter board, HDD and other storage devices, keyboard, mouse and other input devices and a display for output and results display and processing operations, and with a computer program to operate the same to perform the above processing. In addition, it is possible to install a network connection unit to be connected to a LAN in the production plant for entering production schedules and other operating data and notifying the operator when a welding anomaly is detected.
Embora o modo preferido de realização da presente invenção, onde explicado em detalhes com referência aos desenhos no acima, é evidente que a invenção não está limitada a estes exemplos. Uma pessoa possuindo conhecimento comum no campo da tecnologia para a qual a presente invenção pertence, obviamente, será capaz de conceber várias mudanças e modificações dentro do escopo da idéia técnicos definido nas reivindicações, e é entendido que todas essas alterações e modificações naturalmente caiam dentro do escopo técnico da presente invenção.Although the preferred embodiment of the present invention, where explained in detail with reference to the drawings in the above, it is evident that the invention is not limited to these examples. A person having common knowledge in the field of technology to which the present invention belongs will obviously be able to conceive of various changes and modifications within the scope of the technical idea defined in the claims, and it is understood that all such changes and modifications naturally fall within the scope of the technical scope of the present invention.
APLICABILIDADE INDUSTRIALINDUSTRIAL APPLICABILITY
O método e aparelho de aquecimento da zona de solda do material de tubo de aço da presente invenção aquece um material a ser aquecido, levando em conta o diâmetro, a espessura e outras formas e valores da propriedade do material do material a ser aquecido; mede a distribuição de temperatura na direção da espessura da chapa da zona de solda do material a ser aquecido, a forma de fusão da zona de solda, e a flutuação de frequência de solda durante a soldagem; e aquece o material a ser aquecido enquanto continuamente ou discretamente muda / controla a frequência com base na mesma, tornando assim possível controlar o material a ser aquecido para a distribuição de temperatura desejada, a forma de fusão e a flutuação da frequência de solda.The method and apparatus for heating the weld zone of the steel pipe material of the present invention heats a material to be heated, taking into account the diameter, thickness and other shapes and values of the material property of the material to be heated; measures the temperature distribution in the direction of the sheet thickness of the weld zone of the material to be heated, the melting pattern of the weld zone, and the fluctuation of weld frequency during welding; and it heats the material to be heated while continuously or discretely changing / controlling the frequency based on it, thus making it possible to control the material to be heated for the desired temperature distribution, the melting form and the fluctuation of the welding frequency.
Além disso, um método de aquecimento pode ser provido que é capaz de controlar a distribuição de temperatura, forma de fusão e flutuação da frequência de solda uniformemente por todo o comprimento da zona de solda do material de tubo de aço, de modo que a aplicação como uma medida para melhorar o rendimento do produto e intensificar a produtividade durante a produção do tubo de aço é possível. Além disso, uma vez que um método de aquecimento que não é dependente do diâmetro, espessura e tipo de aço do material a ser aquecido podem ser provido, a qualidade pode ser construída otimizando a distribuição de temperatura na direção de espessura da chapa do tubo de aço da zona de solda, a forma de fusão da zona de solda, e a flutuação de frequência de solda durante a soldagem, contribuindo assim amplamente para a realização de um melhor desempenho dos produtos de tubo de aço e similares.In addition, a heating method can be provided that is capable of controlling the temperature distribution, melting form and fluctuation of the welding frequency evenly throughout the length of the welding zone of the steel pipe material, so that the application as a measure to improve product yield and intensify productivity during the production of the steel pipe is possible. In addition, since a heating method that is not dependent on the diameter, thickness and steel type of the material to be heated can be provided, the quality can be constructed by optimizing the temperature distribution in the thickness direction of the tube of the pipe. steel of the weld zone, the melting form of the weld zone, and the fluctuation of weld frequency during welding, thus largely contributing to the achievement of better performance of steel pipe products and the like.
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